(57)【要約】【課題】軸封部のドライ運転を簡単な構造により防止し、運転の信頼性を高めることができる立型遠心ポンプを提供する。【解決手段】立型遠心ポンプは、上ケーシング１０と、下ケーシング１２と、上ケーシング１０に対して回転可能な主軸１６と、主軸１６の下端に取り付けられる羽根車１４と、上ケーシング１０と主軸１６との間に設けられたメカニカルシール１８とを備えている。羽根車１４の回転により生じる２次流れＳをメカニカルシール１８に導入する流れ制御ベーン３０を上ケーシング１０に設けた。【選択図】図４
2007291921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、前記固定部に対して回転可能な主軸と、前記主軸の下端に取り付けられる羽根車と、前記固定部と前記主軸との間に設けられた軸封部とを有する立型遠心ポンプであって、
前記固定部には、前記羽根車の回転により生じる２次流れを前記軸封部に導入する流れ制御ベーンを設けたことを特徴とする立型遠心ポンプ。
【請求項２】
前記流れ制御ベーンは、前記主軸に対して非対称な形状を有することを特徴とする請求項１に記載の立型遠心ポンプ。
【請求項３】
前記流れ制御ベーンは、前記羽根車の回転方向に沿って径方向外側の位置から径方向内側の位置に向かって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の立型遠心ポンプ。
【請求項４】
前記流れ制御ベーンは、前記羽根車の外周縁よりも径方向内側の位置に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の立型遠心ポンプ。
【請求項５】
前記流れ制御ベーンは、呼び水により形成される喫水線よりも下方の位置まで形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の立型遠心ポンプ。
【請求項６】
前記流れ制御ベーンの前縁は、ボリュートの舌部近傍に位置していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の立型遠心ポンプ。
【請求項７】
前記流れ制御ベーンの前縁の中心線は、該前縁における接線方向と平行または前記羽根車の回転方向に沿って径方向内側に向いていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の立型遠心ポンプ。
【請求項８】
前記流れ制御ベーンの後縁の中心線の延長上に前記軸封部が位置していることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の立型遠心ポンプ。
【請求項９】
前記羽根車を挟んで前記流れ制御ベーンと反対側の前記固定部には、放射状に配置された複数のリブを設けたことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の立型遠心ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立型遠心ポンプに係り、特に固定部と主軸との間に軸封部を有する立型遠心ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の立型遠心ポンプの一例を示す縦断面図である。図１に示す遠心ポンプは、羽根車５００の側板５１０とケーシング５２０との間にライナリング５３０を設けた片ライナ型遠心インラインポンプである。この種のポンプにおいて、運転前に呼び水を行うと、ポンプ内の空気の一部が残留してメカニカルシール５４０の周囲に空気溜まり５５０が形成され、ポンプの内部に喫水線５６０が形成される。したがって、この空気溜まり５５０に残留した空気を空気抜き弁５７０を使って手動で排気して、メカニカルシール５４０まで水が満たされるようにする必要がある。このような排気操作を終えた後、ポンプを運転して送水を開始することが可能となる。
【０００３】
空気抜き弁５７０を介した排気を行わずに空気溜まり５５０の内部に空気が残留した状態でポンプを運転すると、次のような問題が生じる。すなわち、空気は水より密度が小さいため羽根車５００の回転により受ける遠心力が小さく、その結果、水はケーシングの外側に押しやられ、空気は主軸５８０の近傍に集まってくる。メカニカルシール５４０は主軸５８０の近傍に設けられるものであるため、メカニカルシール５４０は、ポンプの運転中は完全にドライ運転となり、潤滑不足から発熱し、最悪の場合には焼きついてしまうことがある。
【０００４】
空気抜き弁５７０を介した排気により空気溜まり５５０を完全に排気した後にポンプを運転する場合であっても、何らかの原因でポンプ内に空気が吸い込まれてしまうと、その空気が徐々にメカニカルシール５４０の周囲に蓄積していき、最終的にはドライ運転となってしまうことがある。
【０００５】
図２は、従来の立型遠心ポンプの他の例を示す縦断面図である。図２に示す遠心ポンプは、羽根車５００の側板５１０とケーシング５２０との間および主板５１２とケーシング５２２との間にそれぞれライナリング５３０，５３２を設けた両ライナ型遠心インラインポンプである。このように両ライナ型とすることで、メカニカルシール５４０のドライ運転を防止することができる。
【０００６】
すなわち、呼び水を行った後に残ったメカニカルシール５４０の周囲の空気は、ポンプの運転によりライナ５３２から漏れ出る水流５８０と混合され、羽根車５００の主板５１２に設けられたバランスホール５９０を通って羽根車５００内部の流れと混合される。この空気を含んだ水流は、ボリュート内の主流とともに吐出口５２０ａからポンプ外部に排出される。
【０００７】
このような構造によれば、メカニカルシール５４０がドライ運転されることが防止されるが、ポンプの構造が複雑化してしまい、製造コストが上昇する。また、ライナリング５３０，５３２からの漏れが、片ライナ型遠心ポンプの場合の２倍になるため、漏れ損失によりポンプ効率が低下してしまう。
【０００８】
図３は、従来の立型遠心ポンプの他の例を示す縦断面図である。図３に示す片ライナ型遠心ポンプにおいては、羽根車５００の主板５１２に、漏れ損失があまり問題とならない程度の大きさの孔５９２が形成されている。ポンプの運転に伴い主軸５８０の近傍に集まってくる空気は、この孔５９２から徐々に羽根車５００内部の流れに混合され、この空気を含んだ水流は、ボリュート内の主流とともに吐出口５２０ａからポンプ外部に排出される。
【０００９】
しかしながら、主板５１２に設けられた孔５９２は、漏れ量をある程度制限しているためにその排気作用が小さく、ポンプ内の高い位置まで効果が及ばない。したがって、メカニカルシール５４０として、摺動面の位置が低く設計された専用品が必要になる場合がある。また、何らかの異物が羽根車５００の孔５９２を閉塞してしまうと、図２に示す例で説明したように、ドライ運転になってしまうことが考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、軸封部のドライ運転を簡単な構造により防止し、運転の信頼性を高めることができる立型遠心ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、軸封部のドライ運転を簡単な構造により防止し、運転の信頼性を高めることができる立型遠心ポンプが提供される。この立型遠心ポンプは、固定部と、前記固定部に対して回転可能な主軸と、前記主軸の下端に取り付けられる羽根車と、前記固定部と前記主軸との間に設けられた軸封部とを備えている。前記固定部に、前記羽根車の回転により生じる２次流れを前記軸封部に導入する流れ制御ベーンを設けた。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、呼び水が完了した後に、ポンプを運転させると、流れ制御ベーンによって羽根車の回転により生じる２次流れが軸封部の下方の空間に導入され、該空間内の空気が２次流れとともに排出される。このように、本発明に係る立型遠心ポンプは、ポンプ自身の能力により軸封部周辺の空気を排出することができるセルフベンチレーション機能を有している。したがって、ポンプの始動直後や連続運転中に、メカニカルシールや滑り軸受などの軸封部がドライ運転になって焼きついてしまうことを防止し、運転の信頼性を高めることができる。また、本発明に係る流れ制御ベーンは、流体の漏れを利用するものではないので、ポンプの効率を高く維持することができる。また、羽根車の主板に開けた孔のように閉塞される心配がない。
【００１３】
このように、本発明によれば、軸封部のドライ運転を簡単な構造により防止し、コストを低く抑えるとともに、運転の信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る立型遠心ポンプの実施形態について図４から図１２を参照して詳細に説明する。なお、図４から図１２において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１５】
図４は、本発明の第１の実施形態における立型遠心ポンプの主要部を示す縦断面図、図５は図４の横断面図である。図４に示すように、この立型遠心ポンプは、上ケーシング１０と、下ケーシング１２と、下ケーシング１２の内部に収容された羽根車１４と、下端に羽根車１４が取り付けられた主軸１６と、上ケーシング１０と主軸１６との間に設けられた軸封部としてのメカニカルシール１８とを備えている。主軸１６は、駆動機（図示せず）に連結されており、駆動機の駆動により上ケーシング１０および下ケーシング１２に対して回転するようになっている。また、羽根車１４の内部には複数の翼１４ａが設けられている。
【００１６】
図４および図５に示すように、下ケーシング１２は、取扱液を下ケーシング１２内に導入する吸込口１２ａと、下ケーシング１２に導入された液体を吐き出す吐出口１２ｂとを有している。また、下ケーシングの内周面には、周方向に沿ってボリュート２０が形成されている。このボリュート２０の始点には羽根車１４に向かって突出する舌部２２が形成されている。
【００１７】
このような構成の立型遠心ポンプにおいては、駆動機（図示せず）から与えられるトルクによって主軸１６が回転し、主軸１６とともに羽根車１４が回転する。取扱液は、下ケーシング１２の吸込口１２ａからポンプ内に導入され、回転する羽根車１４により昇圧され、その後ボリュート２０を通過して、吐出口１２ｂからポンプ外部に排出される。
【００１８】
図４に示すように、羽根車１４の主板１４ｂに対向する上ケーシング１０の下面１０ａには、羽根車１４の回転により主板１４ｂの裏側に生じる２次流れＳをメカニカルシール１８に導入する流れ制御ベーン３０が設けられている。この流れ制御ベーン３０は、呼び水により形成される喫水線よりも下方の位置まで形成されている。
【００１９】
図５に示すように、流れ制御ベーン３０は、羽根車１４の外周縁１４ｄよりも径方向内側の位置に設けられており、主軸１６に対して非対称な形状を有している。すなわち、流れ制御ベーン３０は、羽根車１４の回転方向Ｒに沿って、ボリュート２０の舌部２２近傍の径方向外側の位置（前縁３１）から径方向内側の位置（後縁３２）に向かって延びている。この前縁３１から後縁３２に向かって延びる形状は、滑らかに変化するものであることが好ましい。
【００２０】
また、流れ制御ベーン３０の前縁３１に関しては、その中心線Ｄ１と前縁３１における接線方向Ｄ２とのなす角αを０°または正の値とすることが好ましい。すなわち、前縁３１の中心線Ｄ１が、前縁３１における接線方向Ｄ２と平行または羽根車１４の回転方向Ｒに沿って径方向内側に向いていることが好ましい。
【００２１】
また、図５に示すように、後縁３２の中心線の延長線Ｄ３は、メカニカルシール１８と交差するようになっている。主軸１６から後縁３２までの半径は、製造上の都合を考慮しつつ、なるべく小さくして、メカニカルシール１８に後縁３２を接近させることが好ましい。
【００２２】
ここで、ポンプの運転前に呼び水を行うと、ポンプ内部を満水にすることができず、メカニカルシール１８の周囲には空気溜まりができる。この状態でポンプを運転すると、空気は中心付近に集まり、図４に示すような喫水線Ｗが形成される。このとき、羽根車１４の主板１４ｂの裏側にある水は、羽根車１４の回転につられて回転するが、主板１４ｂに対向する上ケーシング１０の下面１０ａは静止しているため、主板１４ｂ近傍の水の回転速度は、上ケーシング１０近傍の水の回転速度よりも速くなる。その結果、主板１４ｂ近傍の水の方がより強い遠心力を受けるために外側へと押しやられ、上ケーシング１０付近の水は主軸１６の中心に向かって流れる。これにより、図４に示すように、上ケーシング１０の下面１０ａ近傍で主軸１６の中心に向かって流れ、羽根車１４の主板１４ｂ近傍で主軸１６の中心から外側に向かって流れる２次流れＳが形成される。
【００２３】
ここで、上ケーシング１０の下面１０ａ近傍で主軸１６の中心に向かって流れる２次流れＳは、図６に示すように、上述した流れ制御ベーン３０にぶつかって流れの方向が変えられ、徐々にメカニカルシール１８の方向に向けられる。この流れは、空気溜まり内の喫水線Ｗに揺動を与えながら主軸１６の中心に向かい、流れ制御ベーン３０の後縁３２からメカニカルシール１８に向けて急激に開放される。この流れによって空気溜まりに溜まっていた空気は細かく砕かれて泡状の空気Ａになる。この泡状の空気Ａを含んだ水は、羽根車１６の主板１４ｂ近傍で主軸１６の中心から外側に向かって流れる２次流れＦ１に合流し、羽根車１４から吐出される流れＦ２となり、やがてボリュート２０内の主流Ｆ３に合流する。ボリュート内の主流Ｆ３は泡状の空気Ａを含んだまま吐出口１２ｂからポンプの外部に排出される。
【００２４】
このように、主軸１６の周囲に集まった空気は、羽根車１４の回転によって生じる２次流れによって排気されるので、ポンプ内部を完全に水で満たすことができ、メカニカルシール１８のドライ運転を防止することができる。なお、上述のようにして空気溜まりの空気が排気されている間、メカニカルシール１８は多少ドライ運転に近い状態になるが、図５に示すように、流れ制御ベーン３０の後縁３２の延長線Ｄ３がメカニカルシール１８に向いているため、流れ制御ベーン３０にぶつかった２次流れ中の水がメカニカルシール１８に吹き付けられるので、完全なドライ状態とはならない。
【００２５】
ここで、上述した流れ制御ベーン３０の形状は図５に示したものに限られない。例えば、図７に示すように、周方向の長さを短くした流れ制御ベーン３０ａとしてもよい。あるいは、図８に示すように、複数の流れ制御ベーン３０ｂ，３０ｃを設け、積極的に２次流れＳを流れ制御ベーン３０ｂ，２０ｃにぶつけるようにして排気能力を向上させてもよい。また、図９に示すように、１つの流れ制御ベーンを途中で切り欠くことで複数の流れ制御ベーン３０ｄ，３０ｅに分割し、主軸１６の近傍から空気が分離されやすくなるようにして排気能力を向上させてもよい。
【００２６】
図１０は、本発明の第２の実施形態における立型遠心ポンプの主要部を示す縦断面図、図１１は図１０の横断面図である。この立型遠心ポンプは、図４および図５に示した立型遠心ポンプと基本的に同一の構成を有しているが、羽根車１４を挟んで流れ制御ベーン３０と反対側の下ケーシング１２に、複数のリブ５０を配置している点で異なる。このリブ５０は、羽根車１４の側板１４ｃと下ケーシング１２との間に設けられたライナリング５２の近傍に放射状に配置されている。
【００２７】
このようなリブ５０は、流れ制御ベーン３０を設けたことにより羽根車１４の軸方向スラストが増加するような場合に、その軸方向スラストを打ち消すために設けられる。すなわち、羽根車１４の主板１４ｂの裏側を流れる水は、流れ制御ベーン３０によって方向が規制されるため、その流れの回転速度は、流れ制御ベーン３０が設けられていない場合よりも遅くなる。これにより主板１４ｂの裏側の静圧がわずかに高くなるため、羽根車１４の軸スラストが少し大きくなってしまう。このような場合に、上述したリブ５０を設ければ、羽根車１４の側板１４ｃの表側を流れる水５４もリブ５０に邪魔されて遅くなるため、側板１４ｃの表側の静圧もわずかに上昇し、この結果、主板１４ｂ側と側板１４ｃ側の流れの旋回速度がほぼ同じになり、流れ制御ベーン３０で増加した軸方向スラストを相殺することができる。
【００２８】
また、上述した流れ制御ベーン３０は、図１２に示すような立型遠心ポンプにも適用できる。この立型遠心ポンプにおいては、駆動機６０から与えられるトルクによって主軸１６が回転し、主軸１６とともに羽根車１４が回転する。取扱液は、下ケーシング１２の吸込口１２ａからポンプ内に導入され、回転する羽根車１４により昇圧され、その後ボリュート２０を通過して、吐出口１２ｂからポンプ外部に排出される。
【００２９】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来の立型遠心ポンプの一例を示す縦断面図である。
【図２】従来の立型遠心ポンプの他の例を示す縦断面図である。
【図３】従来の立型遠心ポンプの他の例を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における立型遠心ポンプの主要部を示す縦断面図である。
【図５】図４の横断面図である。
【図６】図５の流れ制御ベーンの作用を説明するための横断面図である。
【図７】図５の流れ制御ベーンの変形例を示す横断面図である。
【図８】図５の流れ制御ベーンの他の変形例を示す横断面図である。
【図９】図５の流れ制御ベーンの他の変形例を示す横断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における立型遠心ポンプの主要部を示す縦断面図である。
【図１１】図１０の横断面図である。
【図１２】本発明に係る流れ制御ベーンを適用した立型遠心ポンプの例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
Ｓ    ２次流れ
１０    上ケーシング
１２    下ケーシング
１２ａ  吸込口
１２ｂ  吐出口
１４    羽根車
１４ａ  翼
１４ｂ  主板
１４ｃ  側板
１６    主軸
１８    メカニカルシール
２０    ボリュート
２２    舌部
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ    流れ制御ベーン
３１    前縁
３２    後縁
【図１】
2007291921.tif 000003
【図２】
2007291921.tif 000004
【図３】
2007291921.tif 000005
【図４】
2007291921.tif 000006
【図５】
2007291921.tif 000007
【図６】
2007291921.tif 000008
【図７】
2007291921.tif 000009
【図８】
2007291921.tif 000010
【図９】
2007291921.tif 000011
【図１０】
2007291921.tif 000012
【図１１】
2007291921.tif 000013
【図１２】
2007291921.tif 000014